Ilustracja artysty statku kosmicznego ESA Cluster unoszącego się nad Ziemią. Źródło zdjęcia: ESA Kliknij, aby powiększyć
Misja klastrowa ESA ujawniła nowy mechanizm tworzenia „zabójczych elektronów” - wysokoenergetycznych elektronów odpowiedzialnych za niszczenie satelitów i stwarzających poważne zagrożenie dla astronautów.
W ciągu ostatnich pięciu lat seria odkryć dokonanych przez misję Gromady kosmicznej znacznie zwiększyła naszą wiedzę o tym, w jaki sposób, gdzie i w jakich warunkach te elektrony zabójcze powstają w magnetosferze Ziemi.
Wczesne pomiary satelitarne w latach 50. XX wieku ujawniły istnienie dwóch stałych pierścieni cząstek energetycznych wokół Ziemi.
Zwykle nazywane „paskami Van Allena” są wypełnione cząsteczkami uwięzionymi przez ziemskie pole magnetyczne. Obserwacje wykazały, że pas wewnętrzny zawiera dość stabilną populację protonów, podczas gdy pas zewnętrzny składa się głównie z elektronów w bardziej zmiennej ilości.
Niektóre elektrony zewnętrznego pasa można przyspieszyć do bardzo wysokich energii, i to właśnie te „zabójcze elektrony” mogą przenikać grubą osłonę i wrażliwe na uszkodzenia elektronikę satelitarną. To intensywne promieniowanie stanowi również zagrożenie dla astronautów.
Przez długi czas naukowcy próbowali wyjaśnić, dlaczego liczba naładowanych cząstek wewnątrz pasów jest tak różna. Nasz wielki przełom nastąpił, gdy dwie rzadkie burze kosmiczne miały miejsce prawie jeden po drugim w październiku i listopadzie 2003 r.
Podczas burz część pasa promieniowania Van Allena została odsączona z elektronów, a następnie zreformowana znacznie bliżej Ziemi w regionie zwykle uważanym za stosunkowo bezpieczny dla satelitów.
Kiedy pasy radiacyjne zreformowały się, nie wzrosły zgodnie z długo utrzymywaną teorią przyspieszenia cząstek, zwaną „dyfuzją promieniową”. Teoria dyfuzji promieniowej traktuje linie pola magnetycznego Ziemi jako pasma elastyczne.
Jeśli zespoły są oskubane, chwieją się. Jeśli kołyszą się z tą samą prędkością, co cząstki dryfujące wokół Ziemi, wówczas cząstki te mogą być napędzane przez pole magnetyczne i przyspieszane. Proces ten jest napędzany przez aktywność słoneczną.
Zamiast tego zespół europejskich i amerykańskich naukowców kierowany przez dr Richarda Horne'a z British Antarctic Survey, Oxford, Wielka Brytania, wykorzystał dane z klastra i odbiorników naziemnych na Antarktydzie, aby wykazać, że fale o bardzo niskiej częstotliwości mogą powodować przyspieszenie cząstek i intensyfikację pasów.
Fale te, zwane „refrenami”, są naturalnymi emisjami elektromagnetycznymi w zakresie częstotliwości audio. Składają się z dyskretnych elementów o krótkim czasie trwania (poniżej jednej sekundy), które brzmią jak refren ptaków śpiewających o wschodzie słońca. Fale te należą do najbardziej intensywnych w zewnętrznej magnetosferze.
Liczba „zabójczych elektronów” może wzrosnąć tysiąckrotnie w szczycie burzy magnetycznej i w kolejnych dniach. Intensywna aktywność słoneczna może również popchnąć zewnętrzny pas znacznie bliżej Ziemi, a zatem poddać satelity na niższych wysokościach znacznie trudniejszemu środowisku niż zostały zaprojektowane.
Teoria dyfuzji promieniowej jest nadal aktualna w niektórych warunkach geofizycznych. Przed tym odkryciem niektórzy naukowcy sądzili, że emisje chóru nie były wystarczająco wydajne, aby uwzględnić reformację zewnętrznego pasa radiacyjnego. Klaster ujawnił, że w pewnych wysoce zaburzonych warunkach geofizycznych emisje chóru są wystarczające.
Dzięki unikalnej możliwości wielopunktowych pomiarów w Klastrze, po raz pierwszy oszacowano charakterystyczne wymiary tych regionów źródłowych chóru.
Ustalono, że typowe wymiary to kilkaset kilometrów w kierunku prostopadłym do pola magnetycznego Ziemi i kilka tysięcy kilometrów w kierunku równoległym do tego.
Jednak dotychczasowe wymiary oparte są na studiach przypadków. „W zaburzonych warunkach magnetosferycznych regiony źródła chóru tworzą długie i wąskie obiekty przypominające spaghetti. Pytanie brzmi teraz, czy te bardzo niskie skale prostopadłe są ogólną właściwością mechanizmu chóru, czy tylko szczególnym przypadkiem analizowanych obserwacji ”- powiedział Ondrej Santolik z Uniwersytetu Karola w Pradze, Republika Czeska i główny autor tego wyniku.
Ze względu na coraz większą zależność od technologii i komunikacji kosmicznej ogromne znaczenie ma zrozumienie, w jaki sposób, w jakich warunkach i gdzie powstają zabójcze elektrony, szczególnie w okresach burzy magnetycznej.
Oryginalne źródło: Portal ESA
